Оглавление

Глава 1. Введение

3

§ 1.1.

Краткий исторический обзор развития гидравлики

3

§ 1.2.

Определение науки «Гидромеханика»

5

§ 1.3.

Реальные и идеальные жидкости

6

§ 1.4.

Размерности физических величин, применяемых в гидромеханике

7

Глава 2. Свойства жидкостей ………………………………

8

§ 2.1.

Основные физико-механические свойства жидкости ……………...

8

§ 2.2.

Вязкость. Закон Ньютона для внутреннего трения в жидкости

10

§ 2.3.

Зависимость вязкости от температуры и давления. Вискозиметры

13

Глава 3. Гидростатика ……………………………………………...

16

§ 3.1.

Силы, действующие в жидкости …………………………………….

16

§ 3.2.

Гидростатическое давление и его свойства ………………………...

18

§ 3.3.

Дифференциальные уравнения равновесия жидкости ……………..

21

§ 3.4.

Потенциал массовых сил …………………………………………….

23

§ 3.5.

Интеграл уравнений Эйлера для несжимаемой жидкости ………...

23

§ 3.6.

Уравнение поверхности равного давления …………………………

24

§ 3.7.

Основное уравнение гидростатики ………………………………….

25

§ 3.8.

Методы и приборы для измерения давления. Абсолютное и избыточное давление. Вакуум ……………………………………..

26

§ 3.9.

Гидростатический напор и энергетический закон для жидкости, находящейся в равновесии …………………………………………...

29

§ 3.10.

Интегрирование уравнений Эйлера для случая относительного покоя жидкости ……………………………………………………….

31

§ 3.11.

Сила давления жидкости на криволинейную поверхность произвольной формы …………………………………………………

34

§ 3.12.

Частные случаи расчета сил, действующих на криволинейные поверхности закономерных форм …………………………………...

37

§ 3.13.

Сила давления жидкости на плоскую стенку произвольной формы

38

§ 3.14.

Гидростатический парадокс ………………………………………….

39

§ 3.15.

Центр давления и определение его координат ……………………..

40

§ 3.16.

Простые гидравлические машины. Гидравлический пресс ………..

41

§ 3.17.

Гидравлический аккумулятор ………………………………………..

43

§ 3.18.

Закон Архимеда ……………………………………………………....

44

§ 3.19.

Условия плавучести и остойчивости тел, частично погруженных в жидкость …………………………………………………………….

46

Глава 4. Гидродинамика …………………………………………...

50

§ 4.1.

Основные кинематические понятия и определения. Два метода исследования жидкости ………………………………...

51

§ 4.2.

Траектории частиц и линии тока …………………………………….

54

§ 4.3.

Установившееся движение …………………………………………..

55

§ 4.4.

Струйчатая модель движения жидкости. Трубка тока. Расход жидкости ……………………………………………………..

56

§ 4.5.

Средняя скорость ……………………………………………………..

57

§ 4.6.

Уравнение неразрывности в переменных Эйлера в декартовой системе координат ……………………………………………………

58

§ 4.7.

Дифференциальные уравнения движения идеальной (невязкой) жидкости (уравнения Эйлера) ……………………………………….

60

§ 4.8.

Дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости (уравнения Навье-Стокса) ……………………………………………

63

§ 4.9.

Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости ………………………………………………………………

67

§ 4.10.

Физический и геометрический смысл уравнения Бернулли. Напор жидкости ………………………………………………………

70

§ 4.11.

Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости ………………………………………………………………

72

§ 4.12.

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости ……………...

73

§ 4.13.

Графическая иллюстрация уравнения Бернулли для потока реальной жидкости …………………………………………………...

77

§ 4.14.

Практическое применение уравнения Бернулли …………………...

78

§ 4.15.

Трубка Прандтля ……………………………………………………...

79

§ 4.16.

Трубка Вентури, сопло, диафрагма ………………………………….

80

Глава 5. Основы теории гидродинамического подобия ………..

83

§ 5.1.

Основные понятия и определения теории подобия ………………...

84

§ 5.2.

Теоремы теории подобия. Критерии подобия ……………………...

86

§ 5.3.

Физический смысл критериев подобия ……………………………..

89

§ 5.4.

Метод анализа размерности …………………………………………

92

Глава 6. Классификация гидравлических потерь. Режимы течения жидкости ………………………………………...

96

§ 6.1.

Два режима движения жидкости …………………………………….

97

§ 6.2.

Равномерное движение жидкости …………………………………...

99

§ 6.3.

Основное уравнение равномерного потока. Уравнение динамического равновесия равномерного потока ………………….

100

§ 6.4.

Ламинарное движение жидкости ……………………………………

103

§ 6.5.

Расход жидкости ……………………………………………………...

106

§ 6.6.

Коэффициент линейных потерь при ламинарном движении жидкости ………………………………………………………………

107

§ 6.7.

Формирование изотермического ламинарного потока …………….

109

§ 6.8.

Основы гидродинамической теории смазки ………………………..

109

§ 6.9.

Турбулентное движение жидкости ………………………………….

111

§ 6.10.

Турбулентное перемешивание. Пульсация скоростей и напряжений при турбулентном режиме …………………………..

112

§ 6.11.

Осреднение скоростей ………………………………………………..

112

§ 6.12.

Осреднение напряжений ……………………………………………..

113

§ 6.13.

Структура турбулентного потока ……………………………………

115

§ 6.14.

Касательные напряжения в турбулентном потоке …………………

117

§ 6.15.

Полуэмпирические теории турбулентности ……………………….

119

§ 6.16.

Логарифмический закон распределения скоростей в круглой трубе

123

§ 6.17.

Экспериментальные данные для коэффициента гидравлического сопротивления. Опыты Никурадзе и Зегжда ………………………….….

126

§ 6.18.

Формулы для определения коэффициента гидравлического сопротивления ………………………………………………………...

130

§ 6.19.

Местные сопротивления ……………………………………………..

131

§ 6.20.

Зависимость коэффициента местных потерь от числа Рейнольдса

136

§ 6.21.

Принцип наложения потерь напора. Коэффициент

сопротивления системы ……………………………………………...

137

§ 6.22.

Основные расчетные формулы для определения потерь напора …

138

Глава 7. Гидравлический расчет трубопроводов ………………………

144

§ 7.1.

Назначение и классификация трубопроводов ………………………

144

§ 7.2.

Расчет и проектирование трубопроводов …………………………...

145

§ 7.3.

Гидравлический расчет простого трубопровода …………………...

146

§ 7.4.

Метод эквивалентных потерь ……………………………………….

151

§ 7.5.

Гидравлический расчет сложных трубопроводов ………………….

151

§ 7.6.

Гидравлические характеристики трубопроводов …………………..

154

§ 7.7.

Гидроэнергетический баланс насосной установки …………………

156

§ 7.8.

Сифонные трубопроводы …………………………………………….

157

§ 7.9.

Гидравлический удар в трубах ………………………………………

159

§ 7.10.

Кавитация ……………………………………………………………..

161

Глава 8. Истечение жидкости через отверстия и насадки …………….

164

§ 8.1.

Истечение через малое отверстие в тонкой стенке ………………...

164

§ 8.2.

Истечение через большое отверстие ……………………………….

166

§ 8.3.

Истечение через затопленное отверстие ……………………………

168

§ 8.4.

Истечение жидкости при переменном напоре ……………………..

169

§ 8.5.

Истечение через насадки …………………………………………….

170

Приложения ………………………………………………….………..

172

Библиографический список ………………………………………….

177

Жидкости

Плотность ,

кг/м³ при Т, ^оС

Кинематическая вязкость , Ст при Т, ^оС

20

50

20

40

60

80

Вода пресная

Нефть Баку, легкая

Нефть Баку, тяжелая

Бензин авиационный

Керосин Т-1(очищен.)

Керосин Т-2(трактор.)

Дизельное топливо

Глицерин

Ртуть

Масла:

Касторовое

Трансформаторное

АМГ-10

Веретенное АУ

Индустриальное 12

Индустриальное 20

Индустриальное 30

Индустриальное 50

Турбинное

998

884

924

745

808

819

846

1245

13550

960

884

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

880

850

892

883

891

901

910

900

0,010

0,25

1,4

0,0073

0,025

0,010

0,28

9,7

0,0016

15

0,28

0,17

0,48

0,48

0,85

1,8

5,3

0,97

0,0065

-

-

0,0059

0,018

-

0,12

3,3

0,0014

3,5

0,13

0,11

0,19

0,19

0,33

0,56

1,1

0,38

0,0047

-

-

0,0049

0,012

-

-

0,88

0,0010

0,88

0,078

0,085

0,098

0,098

0,14

0,21

0,38

0,16

0,0036

-

-

0,010

-

-

0,38

-

0,25

0.048

0,065

0,099

0,059

0,080

0,11

0,16

0,088

Температура T, ⁰C

0,0

5,00

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

80,0

Давление, кПа

0,588

0,882

1,18

2,35

4,19

7,29

12,1

19,6

46,0

Температура, ⁰С

, кг/м³

10⁶, м²/с

, кг/м³

10⁶, м²/с

для воды

для воздуха

0

4

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

999,87

1000,0

999,73

998,23

995,76

992,24

998,07

983,24

997,81

971,83

965,34

953,38

1,79

1,65

1,31

1,01

0,81

0,60

0,56

0,48

0,42

0,37

0,33

0,29

1,28

1,26

1,23

1,185

1,150

1,110

1,080

1,045

1,020

0,990

0,960

0,935

13,7

14,1

14,7

15,7

16,6

17,6

18,6

19,6

20,45

21,7

22,9

23,8

t,

⁰C

_t 10⁶, ⁰C^-1 при p, Па10⁵

1,0

2,0

5,0

9,0

1-10

10-20

40-50

60-80

90-100

43

165

422

548

704

72

183

426

539

—

149

236

429

523

661

229

289

437

514

621

t,

⁰C

_p 10⁶, Па^-1 при p, Па10⁵

0,5

1,0

2,0

3,0

0

5

10

15

20

5,40

5,29

5,23

5,18

5,15

5,37

5,23

5,18

5,10

5,05

5,31

5,18

5,08

5,03

4,95

5,23

5,08

4,98

4,88

4,81